(57)【要約】  第１端部と第２端部とを備え、互いに直交するとともに光の伝搬速度が異なる第１および第２の偏波軸を有する偏波保持光ファイバと、任意の偏波状態を有する信号光と、前記第１偏波軸に平行な偏波成分と前記第２偏波軸と平行な偏波成分とを有するポンプ光とを受け付け、前記信号光、および前記信号光と前記ポンプ光との伝搬によって前記偏波保持光ファイバ内に発生する波長変換光のそれぞれの、前記第１および第２の偏波軸間での群速度差の影響を受けないように、前記信号光および前記波長変換光を前記偏波保持光ファイバに通過させる群速度差解消部と、を備える。
2011115293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部と第２端部とを備え、互いに直交するとともに光の伝搬速度が異なる第１および第２の偏波軸を有する偏波保持光ファイバと、
任意の偏波状態を有する信号光と、前記第１偏波軸に平行な偏波成分と前記第２偏波軸と平行な偏波成分とを有するポンプ光とを受け付け、前記信号光、および前記信号光と前記ポンプ光との伝搬によって前記偏波保持光ファイバ内に発生する波長変換光のそれぞれの、前記第１および第２の偏波軸間での群速度差の影響を受けないように、前記信号光および前記波長変換光を前記偏波保持光ファイバに通過させる群速度差解消部と、
を備えることを特徴とする偏波無依存波長変換器。
【請求項２】
前記群速度差解消部は、
前記偏波保持光ファイバの前記第１端部に、前記信号光と前記ポンプ光とを入力する光入力部と、
前記偏波保持光ファイバの前記第２端部から出力した、前記第１偏波軸に平行な偏波方向を有する第１波長変換光と前記第２偏波軸に平行な偏波方向を有する第２波長変換光とを含む前記波長変換光を、前記第１波長変換光の偏波方向が前記第２偏波軸に平行になり、かつ前記第２波長変換光の偏波方向が前記第１偏波軸に平行になるように前記第２端部に入力する偏波軸変換部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項３】
前記群速度差解消部は、
前記信号光および前記ポンプ光のそれぞれを、互いに直交する第１の偏波成分と第２の偏波成分とに分離して、前記第１の偏波成分を前記偏波保持光ファイバの前記第１端部から前記第１偏波軸に沿って入力させるとともに、前記第２の偏波成分を前記偏波保持光ファイバの前記第２端部から前記第１偏波軸に沿って入力させ、
前記第１端部から出力した、前記第１偏波軸に平行な偏波方向を有する前記波長変換光の偏波成分と、前記第２端部から出力した、前記第１偏波軸に平行な偏波方向を有する前記波長変換光の偏波成分とを直交させて合成し、出力する偏波軸変換部と、
前記信号光と前記ポンプ光とを前記偏波軸変換部に入力する光入力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項４】
前記偏波保持光ファイバにおいて発生する波長変換光の波長変換効率の、前記信号光の偏波状態依存性が最も小さくなるように、前記第１偏波軸および前記第２偏波軸の各軸に分配する前記ポンプ光の光強度を調整できる光パワー分配部を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項５】
前記第１偏波軸および前記第２偏波軸の各軸に分配する前記ポンプ光の光強度が同一になるように調整できる光パワー分配部を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項６】
前記ポンプ光を、前記第１偏波軸と前記第２偏波軸とに対して４５度±５度の角度を有する直線偏波状態で前記偏波保持光ファイバに入力する光パワー分配部を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項７】
前記光パワー分配部は、前記ポンプ光を、互いの第１偏波軸同士が４５±５度の角度になるように接続した２つの偏波保持型光ファイバを用いて、前記直線偏波状態にすることを特徴とする請求項６に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項８】
前記光パワー分配部は、前記ポンプ光を、直列に接続した偏光子とλ／２板またはλ／４板とを用いて、前記直線偏波状態にすることを特徴とする請求項６に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項９】
前記偏波軸変換部は、ファラデーローテータミラーを備えることを特徴とする請求項２に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１０】
前記偏波軸変換部は、前記第１波長変換光を第１出力部から出力し、前記第２波長変換光を第２出力部から出力する偏波スプリッタと、前記偏波スプリッタの第１出力部と第２出力部とを接続し、前記第１波長変換光および前記第２波長変換光の偏波状態をそれぞれ９０度回転させるように構成したループ光学系とを備えることを特徴とする請求項２に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１１】
前記偏波保持光ファイバと前記偏波軸変換部との間に介挿したモードフィールド変換光ファイバを備えることを特徴とする請求項２に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１２】
前記偏波保持光ファイバは、非線形定数が5[1/W/km]以上である高非線形ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１３】
前記偏波保持光ファイバは、波長変換を行う帯域全体において波長分散値が-0.2〜0.2[ps/nm/km]の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１４】
前記偏波保持光ファイバは、前記第１偏波軸および前記第２偏波軸の波長分散値の差が、波長変換を行う帯域全体において、0.2[ps/nm/km]以下であることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１５】
前記光入力部は、反射減衰量が−４０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１６】
前記光入力部は、コリメート光を空間的に２つの偏波成分に分離することによって光を分岐する光合分波器であることを特徴とする請求項２に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１７】
前記光入力部は、溶融型光合分波器であって、終端された未使用のポートからの反射減衰量が−４０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項２に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１８】
前記ポンプ光は、前記第１偏波軸に平行な偏波の第１ポンプ光と前記第２偏波軸に平行な偏波の第２ポンプ光とからなり、前記第１ポンプ光と前記第２ポンプ光とは、同一波長を有し、独立に光パワーを調整されて入力されることを特徴とする請求項１に記載の偏波無依存波長変換器。
【請求項１９】
第１端部と第２端部とを備え、互いに直交するとともに光の伝搬速度が異なる第１および第２の偏波軸を有する偏波保持光ファイバに入力するための、任意の偏波状態を有する信号光と、前記第１偏波軸に平行な偏波成分と前記第２偏波軸と平行な偏波成分とを有するポンプ光とを受け付け、
前記信号光、および前記信号光と前記ポンプ光との伝搬によって前記偏波保持光ファイバ内に発生する波長変換光のそれぞれの、前記第１および第２の偏波軸間での群速度差の影響を受けないように、前記信号光および前記波長変換光を前記偏波保持光ファイバに通過させる、
ことを特徴とする偏波無依存波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波無依存波長変換器および偏波無依存波長変換方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信における伝送容量は１．４倍/年の割合で増加しており、既に100Gbit/sを超える容量に達しているノードもある。伝送容量の増加に伴い光伝送に伴う消費電力も増加しており、消費電力の削減が課題の一つとなっている。消費電力を削減する方法の一つとして、光信号を電気信号に変換せずに取り扱う技術がある。その技術とは、あるノードに到着した波長分割多重(WDM:  Wavelength  Division  Multiplexing)信号光中の各波長の信号光を、波長選択スイッチにより分岐や合流した後に、別のノードに送信する技術である。別のノードに送信する複数の信号光の波長が同一である場合、この複数の信号光を合流させるためには、複数の信号光を互いに異なる波長に変換する必要がある。【０００３】
信号光の波長を光学的に他の波長に変換する方法の一つに、光ファイバの光学非線形性を利用する方法がある。非線形光学効果の一つである四光波混合(FWM:  Four  Wave  Mixing)を利用して波長変換を行うには、波長変換したい入力信号光と、入力信号光とは異なる波長のポンプ光とを同一の光ファイバに入力する。そうすると、光ファイバ中で波長が変換された信号光が発生し、光ファイバからは入力信号光およびポンプ光に加えて波長変換された信号光（波長変換光）が出力される。【０００４】
FWMにおいて、入力信号光の光周波数をνs[Hz]、ポンプ光の光周波数をνp[Hz]、波長変換光の光周波数をνc[Hz]とすると、νp=(νs+νc)/2の関係が成り立つ。光周波数ν[Hz(=1/s)]と波長λ[nm]とには、光速をC[nm/s]とすると、λ=C/νという関係がある。したがって、入力信号光の波長をλs[nm]、ポンプ光の波長をλp[nm]、波長変換光の波長をλc[nm]とすると、(1/λp)=［(1/λs)+(1/λc)］/2の関係が成り立つ。このことから、入力信号光の波長と発生させたい波長変換光の波長とが与えられれば、ポンプ光の波長が決定される。非特許文献１では、高非線形ファイバ(HNLF:  Highly  Non-Linear  Fiber)中のFWMを利用して、1530nmから1610nmの波長範囲において信号光を任意の波長に変換することに成功している。【０００５】
なお、FWMによる波長変換光の発生効率（波長変換効率）を増加させるためには、入力信号光の偏波とポンプ光の偏波とを一致させることが好ましい。非特許文献１では、二つの信号光の偏波を一致させるために、各信号光の偏波を偏波コントローラにより調節している。【０００６】
しかしながら、波長変換器を光通信システムに適用するためには、偏波コントローラを用いずに波長変換できることが好ましい。なぜなら、入力信号光の偏波はあらゆる偏波状態に成り得る。波長変換器に、入力信号光の偏波状態に追随して偏波コントローラを調節する自動偏波調節装置を追加することは、製造コスト面と実装面積や体積等の面から、実用上不利である。また、波長変換器の動作中に制御しなければいけないデバイスの数は、出来る限り減らした方が、動作の信頼性が高い。【０００７】
特許文献１は、偏波コントローラが無くとも、入力信号光の偏波状態によらず一定の波長変換効率を与える方法として、FMWを発生させる光ファイバとして偏波保持光ファイバを用いる方法を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M.  Takahashi  et  al.,  “Full  C-L  Band  Tunable  Wavelength  Conversion  by  Zero  Dispersion  and  Zero  Dispersion  Slope  HNLF,”  ECOC2009,  P1.08,  2009
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３４７６８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示される偏波無依存波長変換器は、出力される波長変換光が、入力信号光が有していた情報を十分に保持していない場合があるという問題がある。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力される波長変換光が、入力信号光が有していた情報を良好に保持できる偏波無依存波長変換器および偏波無依存波長変換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る偏波無依存波長変換器は、第１端部と第２端部とを備え、互いに直交するとともに光の伝搬速度が異なる第１および第２の偏波軸を有する偏波保持光ファイバと、任意の偏波状態を有する信号光と、前記第１偏波軸に平行な偏波成分と前記第２偏波軸と平行な偏波成分とを有するポンプ光とを受け付け、前記信号光、および前記信号光と前記ポンプ光との伝搬によって前記偏波保持光ファイバ内に発生する波長変換光のそれぞれの、前記第１および第２の偏波軸間での群速度差の影響を受けないように、前記信号光および前記波長変換光を前記偏波保持光ファイバに通過させる群速度差解消部と、を備えることを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る偏波無依存波長変換方法は、第１端部と第２端部とを備え、互いに直交するとともに光の伝搬速度が異なる第１および第２の偏波軸を有する偏波保持光ファイバに入力するための、任意の偏波状態を有する信号光と、前記第１偏波軸に平行な偏波成分と前記第２偏波軸と平行な偏波成分とを有するポンプ光とを受け付け、前記信号光、および前記信号光と前記ポンプ光との伝搬によって前記偏波保持光ファイバ内に発生する波長変換光のそれぞれの、前記第１および第２の偏波軸間での群速度差の影響を受けないように、前記信号光および前記波長変換光を前記偏波保持光ファイバに通過させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出力される波長変換光が、入力信号光が有していた情報を良好に保持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る偏波無依存波長変換器の基本構成を示す模式図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る偏波無依存波長変換器の動作をさらに具体的に説明する図である。
【図３】図３は、光パワー両軸分配器の具体的構成の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、偏波軸変換器の具体的構成の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図１０の偏波軸変換器と偏波保持光ファイバとの間にモードフィールド変換光ファイバを介挿した構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、偏波軸変換器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、偏波軸変換器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。
【図１４】図１４は、図１３の偏波軸変換器と偏波保持光ファイバとの間にモードフィールド変換光ファイバを介挿した構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の偏波状態依存性の測定系の構成図である。
【図１６】図１６は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器に用いた偏波保持光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の偏波状態依存性を示す図である。
【図１８】図１８は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の各ポンプ光波長における入力信号光波長依存性を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器の３ｄＢ波長変換帯域のポンプ波長依存性を示す図である。
【図２０】図２０は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の光伝送特性の測定系の構成図である。
【図２１】図２１は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器の光サーキュレータの出力光ファイバから出力された光の光出力スペクトラムを示す図である。
【図２２】図２２は、図２０の測定系にて測定したBERの結果を示す図である。
【図２３】図２３は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の光伝送特性の測定系の構成図である。
【図２４】図２４は、図２３の測定系にて測定したBERの結果を示す図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態２に係る偏波無依存波長変換器の基本構成を示す模式図である。
【図２６】図２６は、実施の形態２に係る偏波無依存波長変換器の要部構成を示す模式図である。
【図２７】図２７は、実施の形態２に係る偏波軸変換器の変形例を示す模式図である。
【図２８】図２８は、従来の偏波保持光ファイバを用いた偏波無依存波長変換器の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２８は、特許文献１に開示された従来の偏波保持光ファイバを用いた偏波無依存波長変換器の構成を示す図である。図２８に示す偏波無依存波長変換器２０００は、光カプラ２１０と、ポンプ光源２２０と、偏波スプリッタ２３０と、偏波保持光ファイバ２４０と、出力光ファイバ２３１とを備えている。
【００１７】
光カプラ２１０は、２つの入力光ファイバ２１１、２１２と、１つの出力光ファイバ２１３とを備えている。ポンプ光源２２０は入力光ファイバ２１２に接続している。偏波スプリッタ２３０は、出力光ファイバ２１３と、偏波保持光ファイバ２４０と、出力光ファイバ２３１とに接続している。偏波保持光ファイバ２４０はループ状に偏波スプリッタ２３０と接続している。
【００１８】
偏波無依存波長変換器２０００の動作原理は次の通りである。光カプラ２１０において、入力光ファイバ２１１から入力された任意偏波の入力信号光Ｓ２０と、次段の偏波スプリッタ２３０の偏波軸に対して45度だけ軸が傾いている偏波を有するポンプ光Ｐ２０とが合波される。記号Ｍ４は入力信号光Ｓ２０の偏波が任意偏波であることを示している。記号Ｍ５はポンプ光Ｐ２０の偏波が45度だけ傾いていることを示している。合波された光は、出力光ファイバ２１３を伝搬して偏波スプリッタ２３０に入力し、偏波スプリッタ２３０において、偏波スプリッタ２３０の偏波軸に対して平行な偏波の光Ｌ２１と垂直な偏波の光Ｌ２２に分離される。記号Ｍ６、Ｍ７は、それぞれ光Ｌ２１、Ｌ２２の偏波が偏波スプリッタ２３０の偏波軸に対して平行または垂直であることを示している。平行偏波の光Ｌ２１が偏波スプリッタ２３０を透過する場合、垂直偏波の光Ｌ２２は偏波スプリッタ２３０内で反射し光路が90度曲がる。ポンプ光Ｐ２０の偏波は、偏波スプリッタ２３０の偏波軸に対して45度傾いているため、偏波スプリッタ２３０によって垂直偏波成分と水平偏波成分とに一対一の割合で分離される。一方で、入力信号光Ｓ２０の偏波は任意であるため、偏波スプリッタ２３０によって垂直偏波成分と水平偏波成分とに任意の割合で分離される。
【００１９】
偏波スプリッタ２３０に接続している偏波保持光ファイバ２４０の２つの偏波軸は偏波スプリッタ２３０の偏波軸と平行もしくは垂直である。そのため、偏波スプリッタ２３０において各偏波に分離された光Ｌ２１、２２は、偏波保持光ファイバ２４０の互いに異なる偏波軸に結合し、かつ結合した偏波軸と同じ偏波を保って互いに逆方向に伝搬する。次に、偏波保持光ファイバ２４０を伝搬した光Ｌ２１、２２は、再び偏波スプリッタ２３０に到達する。偏波スプリッタ２３０において、偏波スプリッタ２３０を透過した偏波の光Ｌ２１は、再び偏波スプリッタ２３０を透過する。一方、偏波スプリッタ２３０で光路が90度曲がった偏波の光Ｌ２２は再び偏波スプリッタ２３０において光路が90度曲がる。その後、互いに直交する偏波を持つ二つの光Ｌ２１、Ｌ２２は、偏波スプリッタ２３０から出力されるとともに合波され、再び任意の偏波を持つ光Ｌ２３として出力光ファイバ２３１を伝搬する。
【００２０】
ここで、光ファイバ中の波長変換効率は、ポンプ光のパワーをPp、入力信号光のパワーをPsとすると、FWMの原理から、(Pp)2×Psに比例する。すなわち、波長変換効率は、ポンプ光のパワーが一定値であれば、入力信号光のパワーに比例する。
【００２１】
偏波無依存波長変換器２０００においては、偏波スプリッタ２３０で分離され偏波保持光ファイバ２４０を互いに逆向きに伝搬する二つの偏波の光Ｌ２１、Ｌ２２に含まれるポンプ光Ｐ２０のパワーは等しい。そのため、二つの偏波のそれぞれにおいて発生する波長変換光のパワーは、偏波スプリッタ２３０で分離された入力信号光Ｓ２０の各偏波におけるパワーに比例する。その結果、偏波スプリッタ２３０から出力され合波された波長変換光は、入力信号光Ｓ２０の偏波状態の変動に関わらず一定の波長変換効率で発生すると考えられている。すなわち、偏波無依存波長変換器２０００は、入力信号光Ｓ２０の偏波状態に依存せず、常に同じ波長変換効率で波長変換光を発生することができるとされている。
【００２２】
ところが、偏波無依存波長変換器２０００は、偏波保持光ファイバ２４０における直交偏波軸である遅い軸(slow  axis)と速い軸(fast  axis)との光の群速度の違いを考慮していない。そのため、入力信号光Ｓ２０が偏波スプリッタ２３０において分離されたものである直交２偏波成分の光は、波長変換光を発生させながら偏波保持光ファイバ２４０の各偏波軸を異なる伝搬速度で伝搬するために、発生した直交２偏波成分の波長変換光が偏波スプリッタ２３０に到達するタイミングが一致しない。したがって、直交２偏波成分の波長変換光は、偏波スプリッタ２３０を時間的にずれて出力して合波され得る。
【００２３】
FWMを発生させる光ファイバとして、非線形定数が10[1/W/km]以上の偏波保持HNLFを用いる場合、一般的には100m程度の長さに設定して用いる。ここで、遅い軸を伝搬する光と速い軸を伝搬する光との位相が2πだけずれる長さであるビート長を考える。偏波保持HNLFのビート長が、一般的な偏波保持光ファイバのビート長と同等の長さである5mmとし、偏波保持HNLFを伝搬する光の波長を1.55μm(光周波数は約193THz)とすると、遅い軸を伝搬した光と速い軸を伝搬した光との、100mの偏波保持HNLFを伝搬した後の時間的なずれは103.6psとなる。シンボルレートが10Gbit/sの信号のタイムスロットがおよそ100psであることを考慮すると、速い軸を伝搬した光と遅い軸を伝搬した光との時間ずれは、タイムスロット約一つ分あることから無視できない。シンボルレートがさらに大きくなった場合は、時間ずれはタイムスロット複数個に相当することになる。時間ずれを有する直交２偏波成分の波長変換光を偏波合成しても、合成した波長変換光は、入力信号光が有していた情報を正しく保持し得ない。そのため、光通信システムに適用するのに適しない。
【００２４】
なお、二つの偏波軸の群速度差を補償する方法として、次の方法は適用できない。それは、完全に同じ長さの偏波保持光ファイバを二本用意し、第１の偏波保持光ファイバの遅い軸を伝搬させた信号光を第２の偏波保持光ファイバの速い軸を伝搬させ、第１の偏波保持光ファイバの速い軸を伝搬させた信号光を第２の偏波保持光ファイバの遅い軸を伝搬させる方法である。
【００２５】
この方法は正しく機能するように思えるが、次の１、２の理由で群速度差を補償する方法としては適用できない、１：十分な波長変換光を得るのに必要な長さとして例えば100m程度の二本の偏波保持光ファイバを用意する場合に、二本の偏波保持光ファイバの長さを光の波長よりも小さい誤差で同じ長さに切りそろえることは、技術的に困難である、２：仮に光の波長よりも短い誤差で切りそろえた偏波保持光ファイバが二本あったとしても、これらの偏波保持光ファイバをボビンやコイルに巻くときのテンションや、巻いた偏波保持光ファイバの積み重なり配置や、温度や風といった物理環境により、偏波保持光ファイバに光の波長以上の長さの伸縮が発生する場合がある。したがって、二本の偏波保持光ファイバには、容易に光の波長以上の長さの差が発生し得る。
【００２６】
光通信システムに適用できる波長変換器の好ましい条件として、次の１、２の条件が挙げられる。1：入力信号光の偏波状態に影響されず、ある一定の効率で波長変換光を発生する、2：波長変換光が有する情報が、強度変調もしくは位相変調もしくはそれらを組み合わせた変調方法によって入力信号光に載せられた情報と同一であること。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る偏波無依存波長変換器および偏波無依存波長変換方法によれば、波長変換光を発生する非線形媒体である偏波保持光ファイバの遅い軸を伝搬する光と速い軸を伝搬する光との群速度差を補償することにより、群速度差の影響を受けずに、入力信号光の偏波に依存しない波長変換が可能になり、かつ波長変換に伴う情報損失を無くすることができる。二つの軸の群速度差の補償は、たとえば或る偏波保持光ファイバの遅い軸を伝搬した信号光が、その偏波保持光ファイバの速い軸を伝搬し、かつその偏波保持光ファイバの速い軸を伝搬した信号光が、その偏波保持光ファイバの遅い軸を伝搬する構成によって実現される。
【００２８】
同一の偏波保持光ファイバの遅い軸と速い軸との両方に信号光を伝搬させることで、群速度差を補償する方法は、物理環境の変化により偏波保持光ファイバのファイバ長が伸縮したとしても、正しく機能する。それは、100m程度の光ファイバを光が伝搬する時間はマイクロ秒オーダであるのに対し、物理環境の変化によるファイバ長の伸縮は秒オーダときわめて遅い変化であるため、光が光ファイバ中を伝搬している最中には光の波長以上のファイバ長の伸縮が発生しないためである。また、二本の偏波保持光ファイバを用いる時のように、一方の偏波保持光ファイバの長さが伸びて他方の偏波保持光ファイバの長さが縮むようなことは起きない。
【００２９】
また、信号光を直交する２つの偏波成分に分離し、一方の偏波成分と他方の偏波成分とを、同一の偏波保持光ファイバの互いに逆側の端部から、その偏波保持光ファイバの一方の偏波軸に両方の偏波成分の偏波方向が沿うように入力し、偏波保持光ファイバを伝搬して互いに別の端部から出力された各偏波成分を合成することによって、群速度差を発生させないようにして、群速度差の影響を受けないようにもできる。
【００３０】
以下に、本発明にかかる偏波無依存波長変換器および偏波無依存波長変換方法の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面において、同一の構成要素には同一の符号を付している。また、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施の形態が可能である。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る偏波無依存波長変換器の基本構成を示す模式図である。図１に示すように、偏波無依存波長変換器１０００は、光合分波器１０と、光サーキュレータ２０と、光パワー両軸分配器３００と、ポンプ光源４００と、偏波保持光ファイバ５０と、偏波軸変換器６００と、光バンドパスフィルタ７０とを備えている。
【００３２】
光合分波器１０は、入出力光ファイバ１１、１２、１３を備えている。入出力光ファイバ１１、１２、１３は偏波保持型であり、互いに直交する偏波軸である速い軸と遅い軸とを有する。入出力光ファイバ１１は偏波保持型でなくてもよい。光合分波器１０は、入出力光ファイバ１１、１２からそれぞれ入力された光を合波して入出力光ファイバ１３に出力する。また、光合分波器１０は、入出力光ファイバ１３から入力された光を、入出力光ファイバ１１、１２に所定の分岐比で分岐して出力する。光合分波器１０は３ｄＢカプラでもよい。
【００３３】
光サーキュレータ２０は、入力光ファイバ２１、入出力光ファイバ２２、および出力光ファイバ２３を備えている。光サーキュレータ２０は、入力光ファイバ２１から入力された光を入出力光ファイバ２２に出力し、入出力光ファイバ２２から入力された光を出力光ファイバ２３に出力する。入出力光ファイバ２２は、光合分波器１０の入出力光ファイバ１１に接続している。記号Ｍ１は光ファイバの接続点を示している。光サーキュレータ２０は、偏波無依存型でもよい。
【００３４】
光パワー両軸分配器３００は、光合分波器１０の入出力光ファイバ１２に接続している。ポンプ光源４００は、偏波保持型の接続光ファイバ４０１により光パワー両軸分配器３００に接続している。
【００３５】
FWMが発生する非線形光学媒体である偏波保持光ファイバ５０は、第１端部５１と第２端部５２とを備え、互いに直交する偏波軸である速い軸と遅い軸とを有する。第１端部５１は光合分波器１０の入出力光ファイバ１３に、互いの偏波軸が一致した状態で接続している。第２端部５２は偏波軸変換器６００に接続している。光バンドパスフィルタ７０は、光サーキュレータ２０の出力光ファイバ２３に接続している。
【００３６】
つぎに、偏波無依存波長変換器１０００の動作について説明する。
光サーキュレータ２０は、入力光ファイバ２１から入力された、任意の偏波状態を持つ信号光Ｓ１を、入出力光ファイバ２２に出力する。光合分波器１０の入出力光ファイバ１１には信号光Ｓ１が入力される。入出力光ファイバ１１では、信号光Ｓ１は、その偏波状態に従った割合で速い軸に平行な偏波方向と遅い軸に平行な偏波方向とに光のパワーが分配されて伝搬する。
【００３７】
一方、ポンプ光源４００は、接続光ファイバ４０１を介して、信号光Ｓ１とは波長が異なるポンプ光Ｐ１を光パワー両軸分配器３００に出力する。光パワー両軸分配器３００は、入力されたポンプ光Ｐ１のパワーを、光合分波器１０の入出力光ファイバ１２の遅い軸に平行な偏波方向と速い軸に平行な偏波方向とに分配して出力する。なお、この分配の割合は、後述する偏波無依存波長変換器１０００における波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなる割合に調節でき、かつ調節後に固定できることが好ましい。
【００３８】
つぎに、光合分波器１０は、各偏波軸に平行な偏波方向にパワーが分配された信号光Ｓ１とポンプ光Ｐ１とを合波する。合波された信号光Ｓ１とポンプ光Ｐ１とは、それぞれの偏波状態を保ったまま入出力光ファイバ１３から出力され、偏波保持光ファイバ５０の第１端部５１に入力される。
【００３９】
つぎに、偏波保持光ファイバ５０は、合波された信号光Ｓ１およびポンプ光Ｐ１を伝搬させながら、FWMによる波長変換光Ｃ１を発生させる。合波された信号光Ｓ１およびポンプ光Ｐ１、ならびに波長変換光Ｃ１は偏波状態を保ったまま偏波保持光ファイバ５０を伝搬する。その後、偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２に到達した信号光Ｓ１、ポンプ光Ｐ１、および波長変換光Ｃ１は、第２端部５２から出力し、偏波軸変換器６００に入力する。
【００４０】
偏波軸変換器６００は、信号光Ｓ１、ポンプ光Ｐ１、および波長変換光Ｃ１のそれぞれの各偏波方向の光が伝搬してきた偏波軸と、それぞれの各偏波方向の光が伝搬すべき偏波軸とを交換して、偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２に出力する。
【００４１】
偏波保持光ファイバ５０は、入力された信号光Ｓ１、ポンプ光Ｐ１、および波長変換光Ｃ１を伝搬させ、第１端部５１から光合分波器１０に出力する。光合分波器１０は、信号光Ｓ１、ポンプ光Ｐ１、および波長変換光Ｃ１を入出力光ファイバ１１から光サーキュレータ２０に出力する。光サーキュレータ２０は、入力された信号光Ｓ１、ポンプ光Ｐ１、および波長変換光Ｃ１を出力光ファイバ２３から光バンドパスフィルタ７０へ出力する。
【００４２】
光バンドパスフィルタ７０は、波長変換光Ｃ１を透過し、信号光Ｓ１およびポンプ光Ｐ１を透過しないようにその透過波長特性が設定されている。その結果、光バンドパスフィルタ７０は波長変換光Ｃ１のみを出力する。
【００４３】
図２は、実施の形態１に係る偏波無依存波長変換器１０００の動作をさらに具体的に説明する図である。図２に示すように、任意の偏波状態を持つ信号光Ｓ１が、光サーキュレータ２０を介して、ポンプ光Ｐ１とともに光合分波器１０に入力され、さらに偏波保持光ファイバ５０に入力される。信号光Ｓ１は光パルスであるとする。信号光Ｓ１は、その偏波状態に従った割合で速い軸に平行な偏波方向を有する光パルスＯＰ１と遅い軸に平行な偏波方向を有する光パルスＯＰ２とに光のパワーが分配されて伝搬する。そして、速い軸を伝搬した光パルスＯＰ１が遅い軸を伝搬した光パルスＯＰ２よりも時間差Δｔだけ速いタイミングで偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２に到達して出力し、偏波軸変換器６００に入力する。
【００４４】
偏波軸変換器６００は、速い軸を伝搬してきた光パルスＯＰ１が遅い軸を伝搬し、遅い軸を伝搬してきた光パルスＯＰ２が速い軸を伝搬するように光パルスＯＰ１、ＯＰ２の偏波方向を変換して、光パルスＯＰ１、ＯＰ２が伝搬すべき偏波軸を交換して、光パルスＯＰ１、ＯＰ２を偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２に入力させる。
【００４５】
その後、光パルスＯＰ１、ＯＰ２が逆方向に伝搬し第１端部５１に到達したときには、第２端部５２において発生していた到達時間差Δｔが補償され、光パルスＯＰ１、ＯＰ２は同じタイミングで光合分波器１０に到達する。
【００４６】
そして、この到達時間差Δｔが補償される効果は、波長変換光Ｃ１に対しても発揮される。すなわち、速い軸を伝搬した信号光Ｓ１の光パルスＯＰ１をもとに発生した波長変換光（第１波長変換光）と遅い軸を伝搬した信号光Ｓ１の光パルスＯＰ２をもとに発生した波長変換光（第２波長変換光）との間には第２端部５２に到達したときに到達時間差Δｔが存在する。しかし、偏波軸変換器６００は、速い軸を伝搬してきた第１波長変換光が遅い軸を伝搬し、遅い軸を伝搬してきた第２波長変換光が速い軸を伝搬するように、第１および第２波長変換光の偏波方向を変換して伝搬すべき偏波軸を交換するので、その到達時間差Δｔは補償される。これによって、波長変換に伴う情報損失を無くすることができる。
【００４７】
つぎに、偏波無依存波長変換器１０００の構成についてさらに具体的に説明する。
まず、ポンプ光Ｐ１を増幅する偏波保持光増幅器が、光合分波器１０の前段のいずれかの経路に挿入されても良い。また、ポンプ光Ｐ１の消光比を向上させるための偏光子が、光パワー両軸分配器３００の前段のいずれかの経路に挿入されても良い。また、ポンプ光Ｐ１がポンプ光源４００側に戻るのを防止するための偏波保持光アイソレータが、光合分波器１０の前段のいずれかの経路に挿入されても良い。
【００４８】
つぎに、光パワー両軸分配器３００の具体的構成について説明する。
図３は、光パワー両軸分配器の具体的構成の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３１０は、ポンプ光源４００側に接続される、コア３０１ａと応力付与部材３０１ｂとを有する入力側偏波保持光ファイバ３０１と、光合分波器１０側に接続される、コア３０２ａと応力付与部材３０２ｂとを有する出力側偏波保持光ファイバ３０２との端面同士が融着結合もしくは物理結合(physical  contact)して構成されている。この結合において、入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２とは、角度θを成している。
【００４９】
この光パワー両軸分配器３１０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１またはこれと直交する速い軸に平行な偏波を有するポンプ光Ｐ１が入力されると、角度θに応じて、ポンプ光Ｐ１のパワーを、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２に平行な偏波方向と速い軸に平行な偏波方向とに分配して出力する。角度θは調節可能であり、かつ調節後に固定できることが好ましい。
【００５０】
角度θは、偏波無依存波長変換器１０００における波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなる角度に調節するのがよい。角度θはたとえば４５度±５度である。角度θが４５度±５度の場合に、出力側偏波保持光ファイバ３０２を伝搬するポンプ光Ｐ１は略直線偏波状態となる。また、入力側偏波保持光ファイバ３０１または出力側偏波保持光ファイバ３０２を長手方向中心軸周りに回転させることによって角度θをより正確に調整できるようにするためには、入力側偏波保持光ファイバ３０１および出力側偏波保持光ファイバ３０２の接続すべき端面が中心軸に対して垂直であり、かつ平坦であることが望ましい。この光パワー両軸分配器３１０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１から出力されるポンプ光Ｐ１の消光比が20dB以上と高い場合に適用することが好ましい。
【００５１】
図４は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３２０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２と、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２との端部にそれぞれ形成されたフェルール３２１と、フェルール３２１を保持するためのスリーブ３２２とを備えている。フェルール３２１は、たとえばジルコニアからなる内部３２１ａと、内部３２１ａの外周に形成されたたとえば金属からなる被覆３２１ｂとを備えている。スリーブ３２２は金属製であることが望ましい。
【００５２】
光パワー両軸分配器３２０では、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、２つのフェルール３２１をスリーブ３２２に挿入して突合せることによって物理結合することができる。さらに、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２との偏波軸同士の角度は、その中心軸周りに回転させることによって調節できる。また、偏波軸同士の角度は、調節後にスリーブ３２２とフェルール３２１とを溶接もしくはレーザ溶接もしくはハンダ接合することによって固定することができる。なお、偏波軸同士の角度をより正確に調節できるようにするためには、入力側偏波保持光ファイバ３０１および出力側偏波保持光ファイバ３０２の端面が中心軸に対して垂直であり、かつ平坦であることが望ましい。
【００５３】
図５は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３３０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２と、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２との端部にそれぞれ形成されたフェルール３３１と、フェルール３３１を保持するためのスリーブ３３２とを備えている。フェルール３３１は、たとえばジルコニアからなることが好ましい。
【００５４】
光パワー両軸分配器３３０では、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、２つのフェルール３３１をスリーブ３３２に挿入して突合せることによって物理結合することができる。さらに、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２との偏波軸同士の角度は、中心軸周りに回転させることによって調節できる。また、偏波軸同士の角度は、調節後にスリーブ３３２とフェルール３３１とを接着剤で接合することによって固定することができる。接合のために接着剤を塗布する範囲はたとえば範囲３３３である。なお、偏波軸同士の角度をより正確に調節できるようにするためには、入力側偏波保持光ファイバ３０１および出力側偏波保持光ファイバ３０２の端面が中心軸に対して垂直であり、かつ平坦であることが望ましい。
【００５５】
図６は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３４０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２と、筐体３４１と、コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、集光レンズ３４４とを備えており、モジュール化されたものである。入力側偏波保持光ファイバ３０１、出力側偏波保持光ファイバ３０２は、それぞれフェルールに挿通固定されていてもよい。
【００５６】
入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、筐体３４１に挿入され、かつ端面同士が対向するように配置されている。入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２とは、角度θを成している。角度θは、偏波無依存波長変換器１０００における波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなる角度に調節するのがよい。
【００５７】
コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、集光レンズ３４４とは、筐体３４１に収容され、入力側偏波保持光ファイバ３０１の端面から出力側偏波保持光ファイバ３０２の端面に向かってこの順番で配置されている。入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１に平行な偏波を有するポンプ光Ｐ１が入力される場合、偏光子３４３は、偏光軸Ｄ３を遅い軸Ｄ１と略平行にし、ポンプ光Ｐ１の消光比を高めるように配置される。
【００５８】
光パワー両軸分配器３４０では、コリメータレンズ３４２が、入力側偏波保持光ファイバ３０１を出力したポンプ光Ｐ１を平行光にする。偏光子３４３は、平行光とされたポンプ光Ｐ１の消光比を高める。集光レンズ３４４は、消光比を高められたポンプ光Ｐ１を出力側偏波保持光ファイバ３０２に結合させる。すなわち、この光パワー両軸分配器３４０では、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは空間光学的に結合している。
【００５９】
光パワー両軸分配器３４０では、角度θを調節後に、入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２と、コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、集光レンズ３４４とを、筐体３４１に対して、接着剤、溶接、レーザ溶接もしくはハンダ接合などの手段を用いて、固定することができる。入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、これらが挿通固定されるフェルールを介して筐体３４１に固定してもよい。
【００６０】
なお、入力側偏波保持光ファイバ３０１から出力されるポンプ光Ｐ１の消光比が20dB以上と高い場合には、偏光子３４３を省略してもよい。
【００６１】
図７は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３５０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２と、筐体３４１と、コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、λ／４板３５５と、集光レンズ３４４とを備えており、モジュール化されたものである。入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、筐体３４１に挿入され、かつ端面同士が対向するように配置されている。
【００６２】
コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、λ／４板３５５と、集光レンズ３４４とは、筐体３４１に収容され、入力側偏波保持光ファイバ３０１の端面から出力側偏波保持光ファイバ３０２の端面に向かってこの順番で配置されている。入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１に平行な偏波を有するポンプ光Ｐ１が入力される場合、偏光子３４３は、偏光軸Ｄ３を遅い軸Ｄ１と略平行にし、ポンプ光Ｐ１の消光比を高めるように配置される。
【００６３】
光パワー両軸分配器３５０では、コリメータレンズ３４２が、入力側偏波保持光ファイバ３０１を出力したポンプ光Ｐ１を平行光にする。偏光子３４３は、平行光とされたポンプ光Ｐ１の消光比を高める。λ／４板３５５は、消光比を高められたポンプ光Ｐ１を円偏波にする。集光レンズ３４４は、円偏波にされたポンプ光Ｐ１を出力側偏波保持光ファイバ３０２に結合させる。これによって、ポンプ光Ｐ１のパワーは、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２に平行な偏波方向と速い軸に平行な偏波方向とに分配される。
【００６４】
光パワー両軸分配器３５０では、入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２とが、必ずしも平行または直交していなくてもよい。その結果、光パワー両軸分配器３５０は、モジュール化が容易なものである。また、λ／４板３５５は、波長変換を行う所望の波長範囲の中心波長に対して最適なものを適用することが望ましい。λ／４板３５５の偏光軸Ｄ４の角度は、偏波無依存波長変換器１０００における波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなる角度に調節するのがよい。
【００６５】
また、光パワー両軸分配器３５０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１から出力されるポンプ光Ｐ１の消光比が20dBよりも低い場合にも好適である。なお、ポンプ光Ｐ１の消光比が20dB以上であり、λ／４板３５５の偏光軸Ｄ４の角度を精密に調節できる場合は、偏光子３４３を省略してもよい。
【００６６】
さらに、λ／４板３５５の偏光軸Ｄ４の角度を波長変換効率の偏波状態依存性や伝送特性であるビットエラーレート(BER:  bit  error  rate)の偏波状態依存性を測定しながら微調整する際には、ポンプ光Ｐ１の波長は、波長変換を行う波長範囲の中心波長に設定した状態で行うのが好ましい。
【００６７】
図８は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３６０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２と、筐体３４１と、コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、λ／２板３６６と、集光レンズ３４４とを備えており、モジュール化されたものである。
【００６８】
入力側偏波保持光ファイバ３０１と出力側偏波保持光ファイバ３０２とは、筐体３４１に挿入され、かつ端面同士が対向するように配置されている。入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１と、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２とは、略平行とされている。なお、遅い軸Ｄ１と遅い軸Ｄ２とが略直交していてもよい。
【００６９】
コリメータレンズ３４２と、偏光子３４３と、λ／２板３６６と、集光レンズ３４４とは、筐体３４１に収容され、入力側偏波保持光ファイバ３０１の端面から出力側偏波保持光ファイバ３０２の端面に向かってこの順番で配置されている。入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１に平行な偏波を有するポンプ光Ｐ１が入力される場合、偏光子３４３は、偏光軸Ｄ３を遅い軸Ｄ１と略平行にし、ポンプ光Ｐ１の消光比を高めるように配置される。また、λ／２板３６６は、偏光軸Ｄ５が偏光子３４３の偏光軸Ｄ３に対して２２．５度だけ傾斜するように配置されている。
【００７０】
光パワー両軸分配器３６０では、コリメータレンズ３４２が、入力側偏波保持光ファイバ３０１を出力したポンプ光Ｐ１を平行光にする。偏光子３４３は、平行光とされたポンプ光Ｐ１の消光比を高める。λ／２板３６６は、消光比を高められたポンプ光Ｐ１の偏波方向を２２．５度だけ回転させる。その結果、ポンプ光Ｐ１の偏波方向は入力側偏波保持光ファイバ３０１の遅い軸Ｄ１に対して４５度だけ傾斜することになる。集光レンズ３４４は、偏波方向が回転されたポンプ光Ｐ１を出力側偏波保持光ファイバ３０２に結合させる。これによって、ポンプ光Ｐ１のパワーは、出力側偏波保持光ファイバ３０２の遅い軸Ｄ２に平行な偏波方向と速い軸に平行な偏波方向とに分配される。
【００７１】
なお、λ／２板３６６は、波長変換を行う所望の波長範囲の中心波長に対して最適なものを適用することが望ましい。また、λ／２板３６６の偏光軸Ｄ５の角度は、偏波無依存波長変換器１０００における波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなる角度に調節するのがよい。
【００７２】
また、光パワー両軸分配器３６０は、入力側偏波保持光ファイバ３０１から出力されるポンプ光Ｐ１の消光比が20dBよりも低い場合にも好適である。なお、ポンプ光Ｐ１の消光比が20dB以上であり、入力側偏波保持光ファイバ３０１の偏波軸とλ／２板３６６の偏光軸Ｄ５の角度との関係を精密に調節できる場合は、偏光子３４３を省略してもよい。
【００７３】
さらに、λ／２板３６６の角度を波長変換効率の偏波状態依存性やBERの偏波状態依存性を測定しながら微調整する際には、ポンプ光Ｐ１の波長は、波長変換を行う波長範囲の中心波長に設定した状態で行うのが好ましい。
【００７４】
図９は、光パワー両軸分配器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。光パワー両軸分配器３７０は、入力側偏波保持光ファイバ３７１、３７２と、出力側偏波保持光ファイバ３７３とを備えた偏波光合波器(polarization  beam  combiner)３７４で構成されている。
【００７５】
光パワー両軸分配器３７０は、同じ波長を有する直線偏波のポンプ光Ｐ１１、Ｐ１２を出力するポンプ光源４１１、４１２からなるポンプ光源４１０と組み合わせて使用される。光パワー両軸分配器３７０には、ポンプ光源４１１、４１２から出力された直線偏波のポンプ光Ｐ１１、Ｐ１２が入力側偏波保持光ファイバ３７１、３７２を介して入力される。偏波光合波器３７４は、ポンプ光Ｐ１１とポンプ光Ｐ１２とを、互いの偏波方向が直交するように偏波合成し、出力側偏波保持光ファイバ３７３から出力する。このとき、たとえばポンプ光Ｐ１１は出力側偏波保持光ファイバ３７３の遅い軸を伝搬し、ポンプ光Ｐ１２は速い軸を伝搬するように出力される。これによって、出力側偏波保持光ファイバ３７３の遅い軸と速い軸とに光のパワーが分配されたポンプ光Ｐ１が得られる。
【００７６】
なお、ポンプ光Ｐ１１とポンプ光Ｐ１２とのパワーは、偏波無依存波長変換器１０００における波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が最も小さくなるパワーに調節するのがよい。たとえば、出力側偏波保持光ファイバ３７３の遅い軸と速い軸とで光のパワーが等しくなるようにポンプ光Ｐ１１とポンプ光Ｐ１２とのパワーを調節してもよい。
【００７７】
つぎに、偏波保持光ファイバ５０の具体的構成について説明する。
波長変換光Ｃ１を発生させる非線形光学媒体である偏波保持光ファイバ５０は、非線形定数γが5[1/W/km]以上である高非線形ファイバであることが望ましい。非線形定数γが大きければ大きいほど、所望の波長変換光Ｃ１のパワーを得るのに必要となるファイバ長が短くなるため、偏波保持光ファイバ５０を巻いたモジュールの小型化が容易になる。さらに、偏波保持光ファイバ５０の非線形定数γが大きければ大きいほど、これを伝搬する光に付加される波長分散の総分散量がより小さくなるため、偏波無依存波長変換器１０００の波長変換帯域がより広帯域になる。偏波保持光ファイバ５０の波長分散値は、小さければ小さいほど、偏波無依存波長変換器１０００の波長変換帯域が広帯域になり望ましい。たとえば、偏波保持光ファイバ５０の波長分散値は、少なくとも分散値の絶対値で1[ps/nm/km]以下であることが望ましい。さらに、偏波保持光ファイバ５０は、波長分散値がゼロになる波長であるゼロ分散波長を、設定する波長変換帯域内に複数点有することが望ましい。ゼロ分散波長を複数点有すれば、設定する波長変換帯域内でポンプ光Ｐ１の波長を任意の波長に設定しても、波長変換効率をある範囲内(例えば最大変換効率から3dB以内)に維持できる。さらに、偏波保持光ファイバ５０は、分散スロープが出来る限りゼロに近い方が望ましい。分散スロープがゼロに近ければ、設定する波長変換帯域内でポンプ光Ｐ１の波長を任意の波長に設定しても、波長変換効率をある範囲内(例えば最大変換効率から3dB以内)に維持できる。さらに、偏波保持光ファイバ５０は、遅い軸と速い軸との波長分散値の差が、例えば0.5[ps/nm/km]以下と小さいことが望ましい。波長分散値の差が小さければ、各偏波軸における、波長変換効率や波長変換帯域が同じ程度になる。
【００７８】
また、偏波保持光ファイバ５０、および他の偏波保持型の光ファイバおよび偏波保持型デバイスの偏波消光比は20dB以上であることが望ましい。偏波消光比が20dB以上であれば、波長変換光Ｃ１の波長変換効率の、信号光Ｓ１の偏波状態依存性が小さくなる。
【００７９】
つぎに、偏波軸変換器６００の具体的構成について説明する。
図１０は、偏波軸変換器の具体的構成の一例を示す模式図である。偏波軸変換器６１０は、偏波保持光ファイバ５０側から順に配置された、コリメータレンズ６１１と、ファラデー素子６１２と、ミラー６１３と、不図示の磁石とを備えている。偏波軸変換器６１０は、ファラデーローテータミラー(FRM:  Faraday  rotator  mirror)の構成を有する。
【００８０】
偏波軸変換器６１０では、コリメータレンズ６１１が、偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２から出力された光Ｌ１を平行光にする。ここで、光Ｌ１とは、ポンプ光Ｐ１、信号光Ｓ１、および波長変換光Ｃ１を含む。ファラデー素子６１２は、磁石の作用によって、光Ｌ１を通過させる際に、その偏波面を４５度回転させる。ミラー６１３はファラデー素子６１２を通過した光Ｌ１を反射し、再度ファラデー素子６１２を通過させる。これによって、光Ｌ１の偏波面はさらに４５度回転するので、合計で９０度回転する。コリメータレンズ６１１は偏波面が９０度回転された光Ｌ１を偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２に入力させる。光Ｌ１の偏波面が９０度回転されたことによって、偏波保持光ファイバ５０の遅い軸を伝搬してきた光は速い軸に結合し、速い軸を伝搬してきた光は遅い軸に結合する。その結果、偏波保持光ファイバ５０の各偏波軸を伝搬してきた光が伝搬すべき偏波軸が交換される。
【００８１】
偏波軸変換器６１０では、偏波軸を交換するために光Ｌ１を通過させることが必要な光学素子の数を最小限に抑えることができるので、光Ｌ１への波長分散の付加や光の結合損失の発生を最小限に抑制することができる。なお、ファラデー素子６１２における偏波面の回転角は、波長変換を行う光の波長範囲の中心波長において、９０度に調整されることが望ましい。
【００８２】
図１１は、偏波軸変換器６１０と偏波保持光ファイバ５０との間にモードフィールド変換光ファイバ８０を介挿した構成を示す模式図である。偏波保持光ファイバ５０として高非線形ファイバ等のモードフィールドが小さな光ファイバを用いた場合、その偏波保持光ファイバ５０のNA(numerical  aperture)が大きいために偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２から出力される光の出射角が大きくなるので、コリメータレンズを設置するのが困難な場合がある。図１１の構成では、モードフィールドを変換（拡大）するためのモードフィールド変換光ファイバ８０を介挿することによってこの困難を緩和することができる。
【００８３】
ここで、モードフィールド変換光ファイバ８０は、偏波保持型であっても無くても良い。さらに、モードフィールド変換光ファイバ８０として用いる光ファイバは、波長分散値が小さく、かつ、その長さが短いほうが好ましい。モードフィールド変換光ファイバ８０の波長分散値が小さくかつ長さが短いほど、ポンプ光Ｐ１および信号光Ｓ１がモードフィールド変換光ファイバ８０を往復して再び偏波保持光ファイバ５０に入力する際に追加される波長分散量が低減できる。したがって、波長分散量の増加によるFWMの効率の減少をより抑制することができる。
【００８４】
図１２は、偏波軸変換器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。偏波軸変換器６２０は、コリメータレンズ６２１と、偏波スプリッタ６２２と、３つのミラー６２３と、λ／２板６２４とを備えている。図中記号Ｍ２は光の偏波方向が紙面に垂直であることを意味している。記号Ｍ３は光の偏波方向が紙面に平行であることを意味している。
【００８５】
偏波軸変換器６２０では、コリメータレンズ６２１が、偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２から出力された光Ｌ２を平行光にする。ここで、光Ｌ２とは、ポンプ光Ｐ１、信号光Ｓ１、および波長変換光Ｃ１を含む。また、光Ｌ２は直交する２つの偏波成分を含んでいる。偏波スプリッタ６２２は、偏波保持光ファイバ５０の偏波軸と平行もしくは垂直な偏光軸を有しており、分離面６２２ａにおいて光Ｌ２を互いに直交する偏波を有する２つの光に分離する。偏波スプリッタ６２２により分離した２つの光は、偏波スプリッタ６２２の出力部から出力された後、ループ経路を形成している３つのミラー６２３によって、自らの有する偏波と直交する偏波の光が出力された出力部から、偏波スプリッタ６２２に入力する。ここで、ループ経路にはλ／２板６２４が挿入されているため、２つの光の偏波面は、偏波スプリッタ６２２の各出力部に入力する前に、それぞれ９０度回転する。その結果、２つの光は、偏波スプリッタ６２２によって、偏波面が９０度回転した状態で合波される。これによって、偏波保持光ファイバ５０の遅い軸を伝搬してきた光は速い軸に結合し、速い軸を伝搬してきた光は遅い軸に結合する。したがって、偏波保持光ファイバ５０の各偏波軸を伝搬してきた光が伝搬すべき偏波軸が交換される。
【００８６】
偏波軸変換器６２０では、偏波軸を交換するために光Ｌ２を通過させることが必要な光学素子の数を最小限に抑えることができるので、ポンプ光Ｐ１および信号光Ｓ１への波長分散の付加や光の結合損失の発生を最小限に抑制することができる。なお、偏波スプリッタ６２２およびλ／２板６２４は、波長変換を行う光の波長範囲の中心波長において最適な特性を有するように設計製造されたものを用いることが望ましい。
【００８７】
図１３は、偏波軸変換器の具体的構成の別の一例を示す模式図である。偏波軸変換器６３０は、コリメータレンズ６２１と、偏波スプリッタ６２２と、２つの集光レンズ６３５と、偏波軸変換光ファイバ６３６とを備えている。偏波軸変換光ファイバ６３６は、２つの偏波保持光ファイバが、互いに偏波軸が直交する状態で接続点６３７において接続されて構成されている。
【００８８】
偏波軸変換器６３０では、コリメータレンズ６２１が、偏波保持光ファイバ５０の第２端部５２から出力された光Ｌ２を平行光にする。偏波スプリッタ６２２は、分離面６２２ａにおいて光Ｌ２を直交する偏波を有する２つの光に分離する。偏波スプリッタ６２２により分離した２つの光は、偏波スプリッタ６２２から出力された後、集光レンズ６３５によってループ経路を形成している偏波軸変換光ファイバ６３６に入力される。２つの光は、偏波軸変換光ファイバ６３６によって、自らの有する偏波と直交する偏波の光が出力された出力部から偏波スプリッタ６２２に入力する。ここで、偏波軸変換光ファイバ６３６においては、伝搬する２つの光の偏波面は、接続点６３７において９０度回転する。その結果、２つの光は、偏波スプリッタ６２２によって、偏波面が９０度回転した状態で合波される。これによって、偏波保持光ファイバ５０の遅い軸を伝搬してきた光は速い軸に結合し、速い軸を伝搬してきた光は遅い軸に結合する。したがって、偏波保持光ファイバ５０の各偏波軸を伝搬してきた光が伝搬すべき偏波軸が交換される。
【００８９】
偏波軸変換光ファイバ６３６は、波長分散値が小さく、かつ、その長さが短いほうが好ましい。偏波軸変換光ファイバ６３６の波長分散値が小さくかつ長さが短いほど、ポンプ光Ｐ１および信号光Ｓ１が偏波軸変換光ファイバ６３６を伝搬して再び偏波保持光ファイバ５０に入力する際に追加される波長分散量が低減できる。したがって、波長分散量の増加によるFWMの効率の減少をより抑制することができる。
【００９０】
図１４は、偏波軸変換器６３０と偏波保持光ファイバ５０との間にモードフィールド変換光ファイバ８０を介挿した構成を示す模式図である。図１４の構成では、図１１の構成と同様の効果が得られる。
【００９１】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の偏波状態依存性を測定した。図１５は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の偏波状態依存性の測定系の構成図である。
【００９２】
実施例１に係る偏波無依存波長変換器１１００としては、光合分波器１０と、光サーキュレータ２０と、図４に示した光パワー両軸分配器３２０と、ポンプ光源４２０と、偏波保持光ファイバ５０と、図１１に示したモードフィールド変換光ファイバ８０を接続した偏波軸変換器６１０とを備えるものを用いた。
【００９３】
ポンプ光源４２０は、波長可変光源(TLS:  tunable  light  source)４２１と、偏波保持光増幅器４２２と、偏波保持光バンドパスフィルタ４２３とを備えるものを用いた。波長可変光源４２１は波長１５４５ｎｍのポンプ光を出力するように設定した。偏波保持光バンドパスフィルタ４２３は波長１５４５ｎｍのポンプ光を透過するように設定した。
【００９４】
光合分波器１０としては、偏波保持３ｄＢカプラを用いた。この偏波保持3dBカプラは、反射減衰量が-40dB以下であり、コリメート光を空間的に分離することで光を分岐するタイプで、ハーフミラーを利用した2ポート+1ポートタイプのものである。
【００９５】
一方、信号光を出力する波長可変光源１０１は、偏波コントローラ１０２、20dBカプラ１０３を介して光サーキュレータ２０の入力光ファイバ２１に接続した。20dBカプラ１０３には偏波測定器(polarimeter)１０４を接続した。光サーキュレータ２０の入出力光ファイバ２２と偏波保持光ファイバ５０とはコネクタ９０により接続した。光サーキュレータ２０の出力光ファイバ２３には光スペクトラムアナライザ１０５を接続した。
【００９６】
偏波保持光ファイバ５０としては偏波保持HNLFを用いた。偏波保持光ファイバ５０の長さは50m、非線形定数γは約23であった。偏波保持光ファイバ５０の波長分散特性は図１６に示した通りである。
【００９７】
モードフィールド変換光ファイバ８０としてはITU-T（International  Telecommunication  Union  Telecommunication  Standardization  Sector)  G.653準拠のDSF(dispersion  shifted  fiber)を用いた。モードフィールド変換光ファイバ８０と偏波保持光ファイバ５０とは接続点Ｍ１において融着接続した。モードフィールド変換光ファイバ８０と偏波軸変換器６１０とはコネクタで接続した。
【００９８】
そして、偏波無依存波長変換器１１００に信号光を入力し、偏波無依存波長変換器１１００において発生した波長変換光のパワーを光スペクトラムアナライザ１０５により測定した。ここで、偏波保持光ファイバ５０に入力するポンプ光のパワーは10.2dBmとし、信号光のパワーは-5dBmとした。また、信号光の偏波状態は、２０ｄＢカプラ１０３で分岐させた信号光の一部を偏波測定器１０４で測定することによって確認した。また、波長変換光の信号光の偏波状態に依存したパワー差が最小となるように、光パワー両軸分配器３２０の偏波軸間の角度を45度から±5度以内の範囲で調節した。なお、角度の調整は、信号光の波長を1530nm、パワーを-13.8dBmとした状態で行った。以降の実験において、この調節は、ポンプ光の波長を変更した場合にも、その都度行った。
【００９９】
図１７は、実施例１に係る偏波無依存波長変換器１１００の波長変換効率の偏波状態依存性を示す図である。ここで、波長変換効率とは、測定した変換光のパワーを偏波保持光ファイバ５０に入力した信号光のパワーで規格化したものである。図１７では、偏波測定器１０４で測定した偏波状態が、ポアンカレ球上の直交軸に一致するように、偏波コントローラ１０２を調整した後に、波長変換光のパワーを測定した。また、信号光の波長は1530nm,1540nm,1550nm,1560nmに設定した。また、図１７では、横軸はストークスパラメータによって偏光状態を示している。縦軸の波長変換効率は、各信号光の波長において測定した６つの直交する偏波軸で測定した変換光パワーの内、最大の変換光パワーを持つ偏波状態での波長変換効率を基準とした値を示している。図１７に示すように、すべての信号光波長において、信号光の偏波状態に依存した波長変換効率の差は0.5dB以下であった。
【０１００】
ところで、本実施例１において、光合分波器１０として用いた偏波保持3dBカプラは、反射減衰量が-40dB以下であり、コリメート光を空間的に分離することで光を分岐するタイプで、ハーフミラーを利用した光ファイバデバイスである。この場合、出力される変換光の光パワーの揺らぎは0.5dB以下であった。一方、光合分波器１０として溶融型偏波保持3dBカプラを適用した場合、出力される変換光の光パワーを測定すると1dB程度揺らぐことが確認された。
【０１０１】
本実施例１では、変換光の偏波依存光パワー差が最も小さいことからハーフミラーを利用した2ポート+1ポートタイプの偏波保持光3dBカプラを光合分波器１０として用いた。しかしながら、光合分波器１０として溶融型偏波保持光カプラを用いても良い。溶融型偏波保持光カプラの1ポート端では、カプラ内部で1ポートが終端処理されカプラ内に内包されている。すなわち、実質は2ポート＋2ポートである。本実施例１で光合分波器１０として用いるべき光カプラにおいては、終端処理され明示的に利用していないポートからの反射が、変換光の光パワー揺らぎの原因である場合、そのポートからの反射減推量を例えば-40dB以下に削減すれば、変換光の光パワー揺らぎを抑制できる。すなわち、内部の反射減衰量が-40dB以下であれば、偏波保持光カプラが溶融型であろうと多層膜フィルタを利用するタイプであろうと、その型式に関係なく、本実施例１の光合分波器１０として採用できる。
【０１０２】
つぎに、偏波無依存波長変換器１１００の波長変換帯域を測定した。本測定では、はじめに、ポンプ光の波長を1530,1540,1550,1560,または1570nmに設定し、入力する信号光の波長を変化させながら、波長変換光のパワーを光スペクトラムアナライザを用いて測定した。
【０１０３】
図１８は、偏波無依存波長変換器１１００の波長変換効率の各ポンプ光波長における入力信号光波長依存性を示す図である。図１８に示すように、ポンプ光の波長を1530nmから1570nmまで40nmと大きく変化させたのにも関わらず、各ポンプ波長における最大変換効率の差は1.6dBに収まっている事がわかる。
【０１０４】
つぎに、図１８のグラフから、各ポンプ波長における3dB波長変換帯域を得た。図１９は、偏波無依存波長変換器１１００の３ｄＢ波長変換帯域のポンプ波長依存性を示す図である。図１９に示すように、全てのポンプ波長において35nm以上の3dB波長変換帯域が得られている。このことは、実施例１の偏波無依存波長変換器１１００によって、例えば1530nmから1565nmのCバンド内で、任意の波長から任意の波長への波長変換が可能であることを示している。
【０１０５】
なお、図１６に示した偏波保持光ファイバ５０の波長分散特性から、遅い軸の波長分散と速い軸の波長分散とは差が0.1〜0.2[ps/nm/km]だけあることがわかる。さらに、速い軸は1530nmと1610nmにゼロ分散値があり、遅い軸は1570nm付近で最も波長分散がゼロに近い。
【０１０６】
ここで、ポンプ光の波長において波長分散の値がゼロもしくはゼロに近いほど、波長変換帯域が広帯域となる。したがって、信号光とポンプ光とが偏波保持光ファイバ５０の速い軸を伝搬する場合、ポンプ光の波長が1530nmと1610nmの近傍である場合に波長変換帯域が広帯域となり、その中間の1570nm付近のときに狭帯域となる。一方、信号光とポンプ光とが偏波保持光ファイバ５０の遅い軸を伝搬する場合、ポンプ光の波長が1570nmの近傍である場合に波長変換帯域が最も広帯域となる。
【０１０７】
図１９の場合は、速い軸における1530nmのゼロ分散値による波長変換帯域の広帯域化の効果が強く発揮されるとともに、遅い軸における1570nmのほぼゼロ分散値による波長変換帯域の広帯域化の効果が発揮された結果、ポンプ波長が1540nmにおいて3dB波長変換帯域最大になったと考えられる。
【０１０８】
なお、波長変換帯域を広帯域にするためには、偏波保持光ファイバ５０の遅い軸と速い軸との波長分散値が、波長変換を行う帯域全体において-0.2〜0.2[ps/nm/km]の範囲にあることが望ましい。さらに、遅い軸および速い軸の一方または両方の軸の波長分散値が、波長変換を行う帯域全体において、波長分散値の最大値と最小値の差が0.2[ps/nm/km]以下と平坦に広がっていることが望ましい。さらに、遅い軸と速い軸の波長分散値の差が、波長変換を行う帯域全体において、0.2[ps/nm/km]以下とほぼ同一であることが望ましい。
【０１０９】
（実施例２）
強度変調された信号光を用いて、本発明の実施例２に係る偏波無依存波長変換器の光伝送特性を測定した。図２０は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の光伝送特性の測定系の構成図である。実施例２に係る偏波無依存波長変換器１２００としては、実施例１に係る偏波無依存波長変換器１１００の光サーキュレータ２０の出力光ファイバ２３に光バンドパスフィルタ７０を設けたものを用いた。
【０１１０】
ポンプ光源４２０の波長可変光源４２１は波長１５４５ｎｍのポンプ光を出力するように設定した。偏波保持光バンドパスフィルタ４２３は波長１５４５ｎｍのポンプ光を透過するように設定した。
【０１１１】
一方、波長可変光源１０１から出力した波長１５３０ｎｍの信号光を、信号源１０７からのPRBS長(Pseudo-Random  Binary  Sequence)が231-1の電気信号で駆動された強度変調器１０６により強度変調し、10Gbit/s-NRZ(non-return  to  zero)信号光とした。さらに、10Gbit/s-NRZ信号光を偏波スクランブラ１０８に入力し、ランダムな偏波状態を持つ10Gbit/s-NRZ信号光（以下、強度変調信号光とする）を生成した。つぎに、強度変調信号光を光増幅器１０９で光増幅し、光バンドパスフィルタ１１０を通過させて光増幅器１０９で発生するASE(Amplified  spontaneous  emission)光を除去した後、光サーキュレータ２０の入力光ファイバ２１に入力した。ここで、偏波保持光ファイバ５０に入力するポンプ光のパワーは18.3dBmとし、強度変調信号光のパワーは11.6dBmとした。そして、偏波無依存波長変換器１２００において波長変換光を発生させた。
【０１１２】
図２１は、偏波無依存波長変換器１２００の光サーキュレータ２０の出力光ファイバ２３から出力された光の光出力スペクトラムを示す図である。図２１において、波長１５３０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５６０ｎｍにピークを有する光が、それぞれ強度変調信号光、ポンプ光、波長変換光である。
【０１１３】
つぎに、出力光ファイバ２３から出力された光を光バンドパスフィルタ７０に入力し、波長変換光のみを通過させた。そして、可変光減衰器(VOA:  variable  optical  attenuator)１１１で波長変換光のパワーを調整した後、17dBカプラ１１２に波長変換光を通過させ、光増幅器１１３によって波長変換光を光増幅した。さらに、光バンドパスフィルタ１１５を通過させて光増幅器１１３で発生するASE光を除去した後、波長変換光をフォトダイオード(PD:  photodiode)１１６に入力した。フォトダイオード１１６において波長変換光は電気信号に変換される。変換された電気信号を、CDR(clock  data  recovery)１１７を通過させ、エラー測定器(ED:  error  detector)１１８に入力させ、変換光のBER(bit  error  rate)を測定した。なお、受信パワーとしては、17dBカプラ１１２で分岐した波長変換光の一部をパワーメータ１１４で測定した値から、可変光減衰器１１１の後段の光増幅器１１３に入力される光パワーを算出し、この算出した値を用いた。
【０１１４】
図２２は、図２０の測定系にて測定したBERの結果を示す図である。バックトゥーバック測定は、波長1560nmでありランダムな偏波状態を持つ10Gbit/s-NRZ信号光を可変光減衰器１１１に入力して測定した。図２２に示すように、本測定では、波長変換光のBERについては、エラーフリーかつ10-9のBERにおいてペナルティーフリーであることがわかった。この結果は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器１２００が、強度変調信号光をその偏波状態に無依存で波長変換でき、かつ波長変換光は入力信号光が持つ情報を保持していることを示している。
【０１１５】
つぎに、位相変調された信号光を用いて、本発明の実施例２に係る偏波無依存波長変換器の光伝送特性を測定した。図２３は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器の波長変換効率の光伝送特性の測定系の構成図である。
【０１１６】
図２３の測定系は、図２０の測定系において、強度変調器１０６を位相変調器１１９に置き換え、光バンドパスフィルタ１１５とフォトダイオード１１６との間にDPSK復調器１２０を設けたものである。
【０１１７】
本測定系では、波長可変光源１０１から出力した波長１５３０ｎｍの信号光を、信号源１０７からのPRBS長が231-1の電気信号で駆動された位相変調器１１９により位相変調し、10Gbit/s-DPSK(differential  phase  shift  keying)信号光とし、さらに、10Gbit/s-DPSK信号光を偏波スクランブラ１０８に入力し、ランダムな偏波状態を持つ10Gbit/s-DPSK信号光（以下、位相変調信号光とする）を生成した。つぎに、位相変調信号光を光増幅器１０９で光増幅し、光バンドパスフィルタ１１０を通過させて、光サーキュレータ２０の入力光ファイバ２１に入力し、偏波無依存波長変換器１２００において波長変換光を発生させた。
【０１１８】
つぎに、出力光ファイバ２３から出力された光を光バンドパスフィルタ７０に入力し、波長変換光のみを通過させ、可変光減衰器１１１、17dBカプラ１１２、光増幅器１１３、光バンドパスフィルタ１１５を順次通過させた後、DPSK復調器１２０にて波長変換光の復調を行った。さらに、復調した波長変換光をフォトダイオード１１６に入力し、そこで波長変換光が変換された電気信号を、CDR１１７を通過させ、エラー測定器１１８に入力させ、波長変換光のBERを測定した。なお、受信パワーとしては、17dBカプラ１１２で分岐した波長変換光の一部をパワーメータ１１４で測定した値から、可変光減衰器１１１の後段の光増幅器１１３に入力される光パワーを算出し、この算出した値を用いた。
【０１１９】
図２４は、図２３の測定系にて測定したBERの結果を示す図である。バックトゥーバック測定は、波長1560nmでありランダムな偏波状態を持つ10Gbit/s-DPSK信号光を可変光減衰器１１１に入力して測定した。図２４に示すように、本測定では、波長変換光のBERについては、エラーフリーかつ10-9のBERにおいてペナルティーフリーであることがわかった。この結果は、実施例２に係る偏波無依存波長変換器１２００が、位相変調信号光をその偏波状態に無依存で波長変換でき、かつ波長変換光は入力信号光が持つ情報を保持していることを示している。
【０１２０】
（実施の形態２）
図２５は、本発明の実施の形態２に係る偏波無依存波長変換器の基本構成を示す模式図である。図２５に示すように、偏波無依存波長変換器１３００は、図１に示す偏波無依存波長変換器１０００において、光合分波器１０の入出力光ファイバ１３の出力側の構成を、偏波軸変換器６３０と、偏波軸変換器６３０にループ状に接続した偏波保持光ファイバ５０との構成に置き換えたものである。
【０１２１】
図２６は、本実施の形態２に係る偏波無依存波長変換器１３００の要部構成を示す模式図である。偏波軸変換器６３０では、コリメータレンズ６２１が、入出力光ファイバ１３から出力された光Ｌ２を平行光にする。なお、光Ｌ２は信号光およびポンプ光を含むものである。偏波スプリッタ６２２は、分離面６２２ａにおいて光Ｌ２を、直交する偏波を有する２つの偏波成分の光に分離する。偏波スプリッタ６２２により分離した２つの偏波成分の光は、偏波スプリッタ６２２から出力された後、集光レンズ６３５によってループ経路を形成している偏波保持光ファイバ５０に入力される。
【０１２２】
ここで、偏波保持光ファイバ５０の端面５０Ａは、分離面６２２ａの紙面左側に出力する、偏波方向が記号Ｍ２で示される偏波成分の光が、偏波保持光ファイバ５０の速い軸に沿って入力するように、偏波スプリッタ６２２に対して配置されている。同様に、偏波保持光ファイバ５０の端面５０Ｂは、紙面下側に出力する、偏波方向が記号Ｍ３で示される偏波成分の光が、偏波保持光ファイバ５０の速い軸に沿って入力するように、偏波スプリッタ６２２に対して配置されている。その結果、偏波保持光ファイバ５０の各端面５０Ａ、５０Ｂから入力された２つの偏波成分の光は、いずれも波長変換光を発生させながら、偏波保持光ファイバ５０の速い軸を時計回りまたは反時計回りに伝搬して、入力された側とは別の端面５０Ｂまたは５０Ａから出力する。各端面５０Ａ、５０Ｂから出力された光（信号光、ポンプ光、および波長変換光を含む）は、偏波スプリッタ６２２によって合成されて、入出力光ファイバ１３に入力する。
【０１２３】
上記構成によれば、偏波保持光ファイバ５０を時計回りまたは反時計回りに伝搬する光は、波長変換光を含め、いずれも速い軸を伝搬するため、群速度差の影響は受けないことになる。
【０１２４】
図２７は、実施の形態２に係る偏波軸変換器の具体的構成の変形例を示す模式図である。図２７に示す変形例では、偏波スプリッタ６２２の紙面左側の偏波保持光ファイバ５０の端面５０Ａの偏波軸の方向を、図２６の場合に対して９０度回転して配置している。また、この端面５０Ａと集光レンズ６３５との間にはλ／２板６２４が挿入されている。λ／２板６２４によって、偏波方向が記号Ｍ２で示される偏波成分の光は、その偏波方向が９０度回転して、記号Ｍ３で示される偏波方向となって端面５０Ａから偏波保持光ファイバ５０の速い軸に沿って入力される。これによって、各端面５０Ａ、５０Ｂから入力されて偏波保持光ファイバ５０を時計回りまたは反時計回りに伝搬する光は、波長変換光を含め、いずれも速い軸を伝搬するため、群速度差の影響は受けないことになる。
【０１２５】
本実施の形態２では、偏波保持光ファイバ５０の各端面５０Ａ、５０Ｂから入力する各偏波成分の光が速い軸を伝搬するように構成しているが、各偏波成分の光が遅い軸を伝搬するように構成してもよい。光を伝搬させるべき偏波軸は、波長変換帯域をより広帯域にできる偏波軸を選択することが好ましい。図１６に示した偏波保持光ファイバ５０の各偏波軸の波長分散特性の場合は、速い軸の方が遅い軸よりも、波長分散の絶対値が小さい（たとえば、-0.2〜0.2[ps/nm/km]の範囲）波長帯域が広いので、光を伝搬させるべきとして速い軸を選択すると波長変換帯域をより広帯域にできるので好ましい。このように、本実施の形態２では、より波長変換帯域が広い方の偏波軸のみを、選択的に波長変換に使用できるので、より広帯域の波長変換を実現できる。さらに、図２６に示す偏波保持光ファイバ５０の配置を適用した場合は、図２７のような、波長依存特性を有するλ／２板を用いる構成を適用した場合よりも、より広帯域の波長変換を実現できる。
【０１２６】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わしかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
以上のように、本発明にかかる偏波無依存波長変換器および偏波無依存波長変換方法は、光通信の分野に適用されて好適なものである。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  光合分波器
１１、１２、１３、２２  入出力光ファイバ
２０  光サーキュレータ
２１  入力光ファイバ
２３  出力光ファイバ
５０  偏波保持光ファイバ
５０Ａ、５０Ｂ  端面
５１、５２  端部
７０  光バンドパスフィルタ
８０  モードフィールド変換光ファイバ
９０  コネクタ
１０１  波長可変光源
１０２  偏波コントローラ
１０３  ２０ｄＢカプラ
１０４  偏波測定器
１０５  光スペクトラムアナライザ
１０６  強度変調器
１０７  信号源
１０８  偏波スクランブラ
１０９、１１３  光増幅器
１１０  光バンドパスフィルタ
１１１  可変光減衰器
１１２  １７ｄＢカプラ
１１４  パワーメータ
１１５  光バンドパスフィルタ
１１６  フォトダイオード
１１８  エラー測定器
１１９  位相変調器
１２０  ＤＰＳＫ復調器
３００，３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０  光パワー両軸分配器
３０１ａ、３０２ａ  コア
３０１ｂ、３０２ｂ  応力付与部材
３０１、３７１、３７２  入力側偏波保持光ファイバ
３０２、３７３  出力側偏波保持光ファイバ
３２１、３３１  フェルール
３２１ａ  内部
３２１ｂ  被覆
３２２、３３２  スリーブ
３３３  範囲
３４１  筐体
３４２  コリメータレンズ
３４３  偏光子
３４４  集光レンズ
３５５  λ／４板
３６６、６２４  λ／２板
３７４  偏波光合波器
４００  ポンプ光源
４０１  接続光ファイバ
４１０、４１１、４１２、４２０  ポンプ光源
４２１  波長可変光源
４２２  偏波保持光増幅器
４２３  偏波保持光バンドパスフィルタ
６００、６１０、６２０、６３０  偏波軸変換器
６１１、６２１  コリメータレンズ
６１２  ファラデー素子
６１３、６２３  ミラー
６２２  偏波スプリッタ
６２２ａ  分離面
６３５  集光レンズ
６３６  偏波軸変換光ファイバ
６３７  接続点
１０００、１１００、１２００、１３００  偏波無依存波長変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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